KR20230133458A

KR20230133458A - 라이다 장치

Info

Publication number: KR20230133458A
Application number: KR1020220030485A
Authority: KR
Inventors: 한학구; 류혁; 신호석; 한윤기
Original assignee: 주식회사 에이치엘클레무브
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2023-09-19

Abstract

본 발명은, 오브젝트를 검출하는 라이다 장치로서, 복수의 광원이 복수의 행과 열로 배열되는 광원 어레이를 포함하며, 오브젝트로 레이저 광을 출사하는 광송신부와, 복수의 광원을 행 또는 열 별로 순차적으로 구동시키는 광원 구동부와, 오브젝트에 의해 반사된 반사 광을 수신하되, 라이다 장치의 전체 시야각을 분할한 복수의 부분 시야각 별로 반사 광을 각각 수신하는 복수의 광수신부와, 반사 광의 신호를 처리하여 상기 오브젝트를 검출하는 신호 처리부를 포함하는 라이다 장치를 제공한다.

Description

라이다 장치{LIDAR APPARATUS}

본 발명은 라이다 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 차량이 지능화됨에 따라 자율 주행 차량(Autonomous Vehicle), 차량 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance System; ADAS) 등에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

이러한 자율 주행 차량 또는 차량 운전 보조 시스템 등을 구현하기 위해서는, 다양한 센서가 필수적으로 요구된다. 이러한 센서들에는, 레이더(RADAR), 라이다(Light Detection and Ranging; LiDAR), 카메라(Camera), 초음파 센서 등이 있다. 특히, 라이다의 경우, 오브젝트 판별 정확성은 다소 떨어지지만 정확한 거리 정보를 얻을 수 있는 장점으로 인해, 대부분의 자율 주행 차량에 장착되어 사용되고 있다.

라이다 장치는 레이저 광을 이용하여 물체와의 거리를 측정하는 장치로서, 자율주행 자동차, 로봇, 지구 환경 관측, 대기 분석 및 무인기기 등 다양한 분야에 활용되고 있다.　라이다　장치는 고출력의 펄스 레이저 광을　라이다　장치의 주변에 조사하고, 조사된 레이저 광이 물체로부터 반사되어 돌아오는 시간을 측정함으로써 주변의 물체에 대한 거리 정보를 획득한다.

종래의　라이다　장치는　장치 자체를 기계적으로 회전시키거나, 확산 렌즈를 이용하여 스캔 영역을 확장해왔다. 그러나　라이다　장치 자체를 기계적으로 회전시키는 경우 다수의 레이저에서 발생하는 열적인 문제나, 기계적 회전에 따라 안정성, 내구성 등에 문제가 있었다. 또한 확산 렌즈를 이용하여 스캔영역을 확장시키는　라이다　장치의 경우, 레이저의 확산으로 인해 측정 거리가 줄어드는 문제가 있었다.

최근에는 이러한 문제를 해결하기 위하여　라이다　장치 자체의 기계적 회전을 통하지 않고 스캔 영역을 확장할 수 있으며,　라이다　장치의 성능을 향상시키기 위한 연구가 계속되고 있다.

본 발명은, 소자 수를 최소화하면서 해상도(Resolution)를 증가시킬 수 있는 라이다 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발은, 에너지 손실을 최소화할 수 있는 라이다 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 오브젝트를 검출하는 라이다 장치로서, 복수의 광원이 복수의 행과 열로 배열되는 광원 어레이를 포함하며, 오브젝트로 레이저 광을 출사하는 광송신부와, 복수의 광원을 행 또는 열 별로 순차적으로 구동시키는 광원 구동부와, 오브젝트에 의해 반사된 반사 광을 수신하되, 라이다 장치의 전체 시야각을 분할한 복수의 부분 시야각 별로 반사 광을 각각 수신하는 복수의 광수신부와, 반사 광의 신호를 처리하여 상기 오브젝트를 검출하는 신호 처리부를 포함하는 라이다 장치를 제공한다.

여기서, 복수의 광수신부는 행 또는 열 별로 순차적으로 구동된 복수의 광원의 위치 별로 반사 광을 수신할 수 있다.

또한, 광원 구동부는 부분 시야각 별로 복수의 광원을 복수의 광원 그룹으로 그룹화하여 복수의 광원 그룹을 동시에 구동할 수 있다.

또한, 광원 구동부는 복수의 광원 그룹에서 첫 번째 행 또는 열에 배치된 복수의 광원부터 순차적으로 구동할 수 있다.

또한, 광송신부는 레이저 광을 복수의 행 또는 열 별로 지향각을 다르게 하여 출사할 수 있다.

또한, 광송신부는 광원 어레이에서 출사되는 레이저 광을 집광하여 출사하는 제1 광학계를 더 포함할 수 있다.

또한, 복수의 광수신부는, 복수의 광 센서가 복수의 행과 열로 배열되는 센서 어레이와, 부분 시야각 별로 상기 반사 광을 집광하는 제2 광학계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 하나의 광송신부를 이용해 오브젝트를 스캐닝하기 때문에 복수의 광송신부를 이용하는 방식 대비 소자 수를 감소할 수 있고, 복수의 광수신부를 이용해 오브젝트를 검출하기 때문에 하나의 광수신부를 이용하는 방식 대비 해상도(Resolution)를 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 하나의 광송신부가 레이저 광을 출사한 출사 영역과 복수의 광수신부가 반사광을 수신한 수신 영역이 동일하기 때문에 라이다 장치의 에너지 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 광송신부 및 광수신부에 동일한 렌즈를 적용할 수 있고, 이를 통해 라이다 장치의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 광송신부를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 광수신부를 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 개략적인 블록도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치는, 오브젝트(1)로 레이저 광을 출사하는 광송신부(100), 광원 구동부(120), 오브젝트(1)에 의해 반사되는 반사 광을 수신하는 광수신부(200), 신호 처리부(220) 및 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 광송신부(100) 및 광원 구동부(120)는 하나의 모듈 형태로 제작될 수 있다. 마찬가지로, 광수신부(200) 및 신호 처리부(220)는 하나의 모듈 형태로 제작될 수 있다.

이와 달리, 광원 구동부(120) 및 신호 처리부(220)는 제어부(300)의 하나의 기능적 구성으로 포함될 수 있다.

광송신부(100)는 복수의 광원(111)을 구비하는 광원 어레이(110) 및 제1 광학계(130)를 포함한다.

광원 구동부(120)는 제어부(300)로부터 인가되는 제어 신호에 따라 구동 신호를 광원 어레이(110)에 출력하고, 광원 어레이(110)는 구동 신호에 따라 복수의 광원(111)을 발광시킨다. 그리고, 제1 광학계(130)는 복수의 광원(111)에서 발광되는 빛을 집광하여 출사한다.

광원 어레이(110)는 수직 공동 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting lasers; VCSEL), 측면 방출 레이저(Edge emitting laser), LED(light emitting diode), 광섬유 등 빛을 발생시키는 다양한 소자를 포함할 수 있다.

또한, 광원 어레이(110)는 복수의 광원(111)이 집적화된 모듈 형태로 구현될 수 있으며, 복수의 광원(111)이 복수의 행과 열로 배열될 수 있다.

광원 구동부(120)는 제어부(300)로부터 인가되는 제어 신호에 따라 광원 어레이(110)의 복수의 광원(111)을 개별적으로 구동시키기 위한 구동 신호를 출력한다. 이 때, 하나의 구동 신호에 따라 이에 대응하는 하나의 광원(111)이 구동되어 발광될 수 있으며, 복수의 구동 신호에 따라 복수의 광원(111) 동시에 구동될 수 있다. 어떠한 광원(111)에 구동 신호를 인가하는지에 따라서 출사되는 광의 방향을 결정하거나 변경할 수 있다.

제1 광학계(130)는 광원 어레이(110)의 복수의 광원(111)으로부터 출사되는 광을 집광하여 소정의 방향으로 출사한다. 이를 위해, 제1 광학계(130)는 광원 어레이(110)의 복수의 광원(111)으로부터 출사되는 빛을 집광하는 제1 렌즈(131) 및 집광되는 빛을 출사하는 제2 렌즈(132)를 포함한다. 예를 들어, 제1 렌즈(131)는 주로 콜리메이터(collimator) 등으로 광을 집광하는 역할을 하는 부분으로 이루어질 수 있으며, 제2 렌즈(132)는 광의 경로를 결정하는 역할을 할 수 있다. 제1 렌즈(131)와 제2 렌즈(132)는 하나의 광학계로 구현될 수도 있다.

본 발명은 위에 기술된 것에 한정되지 않으며, 제1 광학계(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 렌즈를 포함하는 구조로 이루어지거나 또는 하나의 렌즈를 포함하는 구조로 이루어질 수 있으며, 또는 두 개 이상의 렌즈를 포함하는 구조로 이루어질 수도 있다.

이러한 구조로 이루어지는 제1 광학계(130)에 의해 출사되는 광은 오브젝트(1)에 조사된다. 구동되는 광원(111)에 따라 광이 오브젝트(1)에 조사되는 위치가 달라진다.

광원 어레이(110)는 발광 단위로 구동되며, 발광 단위는 적어도 하나의 광원(111)을 포함한다. 예를 들어, 광원 어레이(110)에서 행 또는 열로 배열된 복수의 광원(111)을 하나의 발광 단위로 하여 그룹화를 하고, 발광 단위로 복수의 광원(111)을 순차적으로 구동시킬 수 있다.

이와 같이, 행 또는 열로 배열된 복수의 광원(111)이 구동됨에 따라, 선형의 레이저 광이 출력되어 오브젝트(1) 조사된다. 또한, 발광 단위로 구동되는 복수의 광원(111)에 의해 오브젝트(1)에 광이 조사되는 위치가 달라지며, 그 결과 기계적인 수단을 이용한 스캔을 이용하지 않아도, 오브젝트(1)를 스캔할 수 있다.

발광 단위는 위에 기술된 것에 한정되지 않으며, 광원 어레이(110)에서 적어도 하나의 광원(111)을 포함하는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 여기서 발광 단위를 구성하는 광원(111)의 개수, 발광 단위 별로 구동시키는 순서, 구동 속도 등을 조절하여, 광의 형태 및 오브젝트(1)에 빛이 조사되는 범위, 방향, 속도 등을 조절할 수 있다.

광수신부(200)는 n(여기서, n은 2이상의 정수)개의 광수신부(200_1~200_n)로 구성될 수 있다.

광수신부(200)는 복수의 광센서(211)를 구비하는 센서 어레이(210) 및 제2 광학계(230)를 포함한다.

제2 광학계(230)는 오브젝트(1)에 레이저 광이 조사된 다음에 오브젝트(1)에 의해 반사되는 반사 광을 수신하고, 센서 어레이(210)는 제2 광학계(230)에 의해 수신되는 반사 광에 해당하는 전기적인 신호를 출력한다. 그리고, 신호 처리부(220)는 센서 어레이(210)로부터 출력되는 신호를 처리하여 제어부(300)로 출력한다.

제2 광학계(230)는 오브젝트(1)에 의해 반사되는 반사 광을 수신한다. 이를 위해, 제2 광학계(230)는 반사 광을 수신하는 제3 렌즈(231) 및 수신된 반사 광을 집광하여 출력하는 제4 렌즈(232)를 포함할 수 있다. 여기서, 제3 렌즈(231)와 제4 렌즈(232)는 하나의 광학계로 구현될 수도 있다.

그러나, 이에 한정되지 않으며, 제2 광학계(230)는 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 렌즈를 포함하는 구조로 이루어지거나 또는 하나의 렌즈를 포함하는 구조로 이루어질 수 있으며, 또는 두 개 이상의 렌즈를 포함하는 구조로 이루어질 수도 있다.

광송신부(100)의 제1 광학계(130)와 광수신부(200)의 제2 광학계(230)는 초점 거리 및 그 사양이 동일한 렌즈를 사용할 수 있다.

센서 어레이(210)는 복수의 광센서(211)를 포함하며, 각각의 광센서(211)는 개별적으로 제2 광학계(230)로부터 출사되는 광을 검출하여 해당하는 전기적인 신호를 출력한다. 여기서, 복수의 광센서(211)는 센서 어레이(210)에 복수의 행과 열로 배열될 수 있다.

복수의 광센서(211)는 복수의 광원(111)의 위치와 대응되도록 배치될 수 있다. 또한, 제어부(300)는 그 위치가 서로 대응되는 복수의 광원(111) 및 광센서(211)의 구동을 동기화할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)는 제1 열의 광원(111)이 구동되면 이와 동시에 제1 열의 광센서(211)를 구동할 수 있다.

이에 따라, 복수의 광수신부(200)는 행 또는 열 별로 순차적으로 구동된 복수의 광원(111)의 위치 별로 오브젝트(1)에 의해 반사된 반사 광을 수신할 수 있다.

복수의 광센서(211)는 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 단일 광자 애벌란치 다이오드(Single Photon Avalanche Diode; SPAD), 실리콘 또는 InP 또는 반도체 기판을 기반으로 하는 PN 접합 포토다이오드, PIN 포토다이오드 및 애벌런시 포토다이오드(Avalanche Photo Diode; APD) 등으로 구현될 수 있다.

신호 처리부(220)는 복수의 광센서(211)로부터 각각 출력되는 신호를 수신 및 처리하여 제어부(300)로 전달한다. 예를 들어, 신호 처리부(220)는 수신되는 신호들을 통합 처리하여 제어부(300)로 전달할 수 있다.

이를 위해, 신호 처리부(220)는 각각의 광센서(211)로부터 출력되는 신호를 더하는 신호 결합기(Signal Combiner)를 포함할 수 있으며, 신호 결합기는 별도의 스위치를 통해 각각의 광센서(211)와 연결될 수 있다.

구체적으로 각각의 광센서(211)와 신호 결합기 사이에 개별적으로 동작하는 스위치가 위치되어, 각각의 스위치 동작에 따라 해당 스위치에 연결된 광센서(211)로부터의 신호가 신호 결합기로 제공될 수 있다. 따라서, 스위치의 선택적 동작에 따라 특정 광센서(211)로부터의 신호가 신호 처리부(220)의 신호 결합기에 의해 선택적으로 입력될 수 있다. 이러한 스위치들의 동작은 제어부(300)에 의해 제어될 수 있다.

또한, 신호 처리부(220)는 필터 및 증폭기 등을 포함하여, 입력 받은 신호에 대해 노이즈 제거, 증폭 등의 처리를 수행하여 제어부(300)로 전달할 수 있다.

광수신부(200)에 의해 수신된 반사 광을 토대로 하는 정보들은 제어부(300)로 전달되어, 오브젝트(1)에 대한 3차원 좌표를 획득하는데 활용된다.

제어부(300)는 광원 어레이(110)의 각각의 광원(111)를 개별적으로 구동시키는 제어 신호를 생성하여 광송신부(100)의 광원 구동부(120)로 제공한다. 또한, 제어부(300)는 구동 패턴에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 구동 패턴은 광원 어레이(110)에서 발광 단위를 구성하는 광원(111)의 개수, 발광 단위 별로 구동시키는 순서 및 구동 속도 등을 포함한다.

구동 패턴에 따라 광원 어레이(110)의 복수의 광원(111)이 구동 상태가 달라짐으로써, 오브젝트(1)에서 반사된 반사 광이 광수신부(200)로 입사되는 입사 위치가 달라질 수 있으며, 또한 시간대 별로 입사되는 입사 위치가 달라질 수 있다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 장치는, 제어부(300)에서 소정의 지향각으로 레이저 광을 출사하기 위한 제어 신호를 광원 구동부(120)로 출력하면, 광원 구동부(120)가 해당 광원(111)을 구동시키기 위한 구동 신호를 광원 어레이(110)로 출력한다. 이에 따라, 광원 어레이(110)의 해당 광원(111)이 발광한다. 그리고, 광원(111)의 발광에 따라 생성된 레이저 광은 제1 광학계(130)를 통해 소정 방향으로 출사되어, 오브젝트(1)에 조사된다.

오브젝트(1)에 조사된 레이저 광은 오브젝트(1)에 의해 반사되며, 광수신부(200)의 제2 광학계(230)는 반사되는 반사 광을 수신한다. 그리고, 제2 광학계(230)를 통해 수신된 반사 광은 센서 어레이(210)의 광센서(211)를 통해 전기적인 신호로 출력된다. 이와 같이 출력된 신호는, 신호 처리부(230)에 의해 처리되어 제어부(30)로 전달되며, 제어부(20)가 오브젝트(1)에 대한 3차원 좌표를 획득하는데 활용된다.

이와 같이 동작하는 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치에서, 광송신부(100)는 기계적인 수단(예를 들어, 모터 등)을 포함하지 않는 비기계식 광송신 모듈이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 광송신부(010)는 빛을 퍼트리지 않고 일정한 방향으로 스캔할 수 있다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 광원 구동부(120)는 광원 어레이(110)의 복수의 광원(111)을 행 또는 열 별로 순차적으로 구동시키고, 복수의 광수신부(200)는 라이다 장치의 전체 시야각을 분할한 복수의 부분 시야각 별로 반사 광을 각각 수신한다.

일 예로, 도 2에 도시한 바와 같이, 광원 구동부(120)는 광원 어레이(110)의 복수의 광원(111)을 첫 번째 열부터 마지막 열까지 순차적으로 구동한다. 이에 따라, 광송신부(100)는 수직 라인 형태의 레이저 광을 오브젝트(1)에 순차적으로 출사한다.

이 때, 라이다 장치의 전체 수직 시야각은 45도이고, 전체 수평 시야각은 120도일 수 있다.

광수신부(200)는 2개의 제1 광수신부(200_1) 및 제2 광수신부(200_2)를 포함한다.

여기서, 제1 광수신부(200_1)는 라이다 장치의 전체 수평 시야각(120도)을 1/2 분할한 제1 부분 시야각(A1)(60도)에서 오브젝트(1)에 의해 반사된 반사광을 수신하고, 제2 광수신부(200_2)는 전체 수평 시야각(120도)을 1/2 분할한 제2 부분 시야각(A2)(60도)에서 오브젝트(1)에 의해 반사된 반사광을 수신한다.

즉, 제1 센서 어레이(210_1)의 복수의 광센서(211)는 제1 부분 시야각(A1)에 해당하는 첫 번째 열부터 마지막 열까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수직 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다. 이 후, 제2 센서 어레이(210_2)의 복수의 광센서(211)는 제2 부분 시야각(A2)에 해당하는 첫 번째 열부터 마지막 열까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수직 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다.

다른 예로, 도 3에 도시한 바와 같이, 광원 구동부(120)는 광원 어레이(110)의 복수의 광원(111)을 첫 번째 행부터 마지막 행까지 순차적으로 구동한다. 이에 따라, 광송신부(100)는 수평 라인 형태의 레이저 광을 오브젝트(1)에 순차적으로 출사한다.

즉, 제1 센서 어레이(210_1)의 복수의 광센서(211)는 제1 부분 시야각(A1)에 해당하는 첫 번째 행부터 마지막 행까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수평 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다. 이와 동시에, 제2 센서 어레이(210_2)의 복수의 광센서(211)는 제2 부분 시야각(A2)에 해당하는 첫 번째 행부터 마지막 행까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수평 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다.

또 다른 예로, 도 4에 도시한 바와 같이, 광원 구동부(120)는 부분 시야각 별로 광원 어레이(110)의 복수의 광원(111)을 복수의 광원 그룹으로 그룹화하여 복수의 광원 그룹을 동시에 구동한다. 그리고, 광원 구동부(120)는 복수의 광원 그룹에서 첫 번째 행 또는 열에 배치된 복수의 광원(111)부터 순차적으로 구동한다.

이에 따라, 광송신부(100)는 수직 라인 형태의 레이저 광을 부분 시야각 별로 오브젝트(1)에 순차적으로 출사한다.

즉, 제1 센서 어레이(210_1)의 복수의 광센서(211)는 제1 부분 시야각(A1)에 해당하는 첫 번째 열부터 마지막 열까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수직 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다. 이와 동시에, 제2 센서 어레이(210_2)의 복수의 광센서(211)는 제2 부분 시야각(A2)에 해당하는 첫 번째 열부터 마지막 열까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수직 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다.

또 다른 예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 광원 구동부(120)는 광원 어레이(110)의 복수의 광원(111)을 첫 번째 열부터 마지막 열까지 순차적으로 구동한다. 이에 따라, 광송신부(100)는 수직 라인 형태의 레이저 광을 오브젝트(1)에 순차적으로 출사한다.

광수신부(200)는 3개의 제1 광수신부(200_1), 제2 광수신부(200_2) 및 제3 광수신부(200_3)를 포함한다.

여기서, 제1 광수신부(200_1)는 라이다 장치의 전체 수평 시야각(120도)을 1/3 분할한 제1 부분 시야각(A1)(40도)에서 오브젝트(1)에 의해 반사된 반사광을 수신하고, 제2 광수신부(200_2)는 전체 수평 시야각(120도)을 1/3 분할한 제2 부분 시야각(A2)(40도)에서 오브젝트(1)에 의해 반사된 반사광을 수신하고, 제3 광수신부(200_3)는 전체 수평 시야각(120도)을 1/3 분할한 제3 부분 시야각(A3)(40도)에서 오브젝트(1)에 의해 반사된 반사광을 수신한다.

즉, 제1 센서 어레이(210_1)의 복수의 광센서(211)는 제1 부분 시야각(A1)에 해당하는 첫 번째 열부터 마지막 열까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수직 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다. 이 후, 제2 센서 어레이(210_2)의 복수의 광센서(211)는 제2 부분 시야각(A2)에 해당하는 첫 번째 열부터 마지막 열까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수직 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다. 이 후, 제3 센서 어레이(210_3)의 복수의 광센서(211)는 제3 부분 시야각(A3)에 해당하는 첫 번째 열부터 마지막 열까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수직 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다.

또 다른 예로, 도 6에 도시한 바와 같이, 광원 구동부(120)는 부분 시야각 별로 광원 어레이(110)의 복수의 광원(111)을 복수의 광원 그룹으로 그룹화하여 복수의 광원 그룹을 동시에 구동한다. 그리고, 광원 구동부(120)는 복수의 광원 그룹에서 첫 번째 행 또는 열에 배치된 복수의 광원(111)부터 순차적으로 구동한다.

즉, 제1 센서 어레이(210_1)의 복수의 광센서(211)는 제1 부분 시야각(A1)에 해당하는 첫 번째 열부터 마지막 열까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수직 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다. 이와 동시에, 제2 센서 어레이(210_2)의 복수의 광센서(211)는 제2 부분 시야각(A2)에 해당하는 첫 번째 열부터 마지막 열까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수직 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다. 이와 동시에, 제3 센서 어레이(210_3)의 복수의 광센서(211)는 제3 부분 시야각(A3)에 해당하는 첫 번째 열부터 마지막 열까지 복수의 광원(111)의 구동에 동기화되어 구동되고, 오브젝트(1)에 의해 반사된 수직 라인 형태의 반사 광을 순차적으로 수신한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 광송신부를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 광수신부를 도시한 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 광송신부(100)는 광원 어레이(110) 및 제1 광학계(130)를 포함한다.

광송신부(100)는 레이저 광을 복수의 행 또는 열 별로 지향각을 다르게 하여 출사한다. 여기서, 제1 광학계(130)는 광원 어레이(110)에서 출사되는 레이저 광을 집광하여 출사한다.

예를 들어, 광송신부(100)는 하나가 구비되고 광수신부(200)는 3개가 구비되고, 라이다 장치의 전체 수평 시야각이 120도인 경우, 부분 시야각은 전체 수평 시야각 120도를 1/3씩 분할한 40도이다. 여기서, 광송신부(100)는 행 또는 열 별로 다르게 제1 광학계(130)의 광축을 기준으로 -60도 내지 -20도 범위, -20도 내지 20도 범위 및 20도 내지 60도 범위의 지향각으로 레이저 광을 각각 출사할 수 있다.

도 8에 도시한 바와 같이, 복수의 광수신부(200)는 센서 어레이(210) 및 제2 광학계(230)를 포함한다.

복수의 광수신부(200)는 부분 시야각 별로 반사 광을 수신한다. 여기서, 제2 광학계(230)는 부분 시야각 별로 반사 광을 집광한다.

예를 들어, 광수신부(200)는 3개의 제1 광수신부(200_1), 제2 광수신부(200_2) 및 제3 광수신부(200_3)로 구비되고, 라이다 장치의 전체 수평 시야각이 120도인 경우, 부분 시야각은 전체 수평 시야각 120도를 1/3씩 분할한 40도이다. 여기서, 제1 광수신부(200_1)는 제1 광학계(130)의 광축을 기준으로 -60도 내지 -20도 범위의 부분 시야각에서 반사광을 수신하고, 제2 광수신부(200_2)는 -20도 내지 20도 범위의 부분 시야각에서 반사광을 수신하고, 제3 광수신부(200_3)는 20도 내지 60도 범위의 부분 시야각에서 반사광을 수신한다.

여기서, 광송신부(100)의 제1 광학계(130)와 광수신부(200)의 제2 광학계(230)에 동일한 렌즈를 적용하기 위해, 광원 어레이(110) 및 센서 어레이(210)의 수직 길이와 초점 거리는 동일해야 하고, 광원 어레이(110)와 센서 어레이(210) 간 수평 길이의 비율은 레이다 장치의 전체 시야각과 부분 시야각 간 비율과 동일해야 한다.

예를 들어, 레이다 장치의 전체 시야각이 120도이고, 부분 시야각이 40도이고, 센서 어레이(210)의 수평 길이가 3mm인 경우, 광원 어레이(110)의 수평 길이는 9mm로 설계할 수 있다.

이와 같이 설계함에 따라, 제1 광학계(130)와 광수신부(200)의 제2 광학계(230)에 동일한 렌즈를 적용할 수 있고, 이를 통해 라이다 장치의 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.

전술한 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치는, 하나의 광송신부를 이용해 오브젝트를 스캐닝하기 때문에 복수의 광송신부를 이용하는 방식 대비 소자 수를 감소할 수 있고, 복수의 광수신부를 이용해 오브젝트를 검출하기 때문에 하나의 광수신부를 이용하는 방식 대비 해상도(Resolution)를 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치는, 하나의 광송신부가 레이저 광을 출사한 출사 영역과 복수의 광수신부가 반사광을 수신한 수신 영역이 동일하기 때문에 라이다 장치의 에너지 손실을 최소화할 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100: 광송신부
110: 광원 어레이
120: 광원 구동부
130: 제1 광학계
200: 광수신부
210: 센서 어레이
220: 신호 처리부
230: 제2 광학계
300: 제어부

Claims

오브젝트를 검출하는 라이다 장치로서,
복수의 광원이 복수의 행과 열로 배열되는 광원 어레이를 포함하며, 상기 오브젝트로 레이저 광을 출사하는 광송신부;
상기 복수의 광원을 행 또는 열 별로 순차적으로 구동시키는 광원 구동부; 및
상기 오브젝트에 의해 반사된 반사 광을 수신하되, 상기 라이다 장치의 전체 시야각을 분할한 복수의 부분 시야각 별로 상기 반사 광을 각각 수신하는 복수의 광수신부; 및
상기 반사 광의 신호를 처리하여 상기 오브젝트를 검출하는 신호 처리부
를 포함하는 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 광수신부는
행 또는 열 별로 순차적으로 구동된 상기 복수의 광원의 위치 별로 상기 반사 광을 수신하는
라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광원 구동부는
상기 부분 시야각 별로 상기 복수의 광원을 복수의 광원 그룹으로 그룹화하여 상기 복수의 광원 그룹을 동시에 구동하는
라이다 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 광원 구동부는
상기 복수의 광원 그룹에서 첫 번째 행 또는 열에 배치된 상기 복수의 광원부터 순차적으로 구동하는
라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광송신부는
상기 레이저 광을 상기 복수의 행 또는 열 별로 상기 지향각을 다르게 하여 출사하는
라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광송신부는
상기 광원 어레이에서 출사되는 상기 레이저 광을 집광하여 출사하는 제1 광학계
를 더 포함하는 라이다 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 광수신부는
복수의 광 센서가 복수의 행과 열로 배열되는 센서 어레이; 및
상기 부분 시야각 별로 상기 반사 광을 집광하는 제2 광학계
를 더 포함하는 라이다 장치.